В нашей галактике существует огромное множество планет. За последние 25 лет астрономы внесли в свой каталог около 2000 миров, существующих в 1300 системах, которые разбросаны по разным созвездиям. Большинство из экзопланет (планеты, расположенные за пределами Солнечной системы) совершенно не похожи на Землю. Однако мест, подходящих для жизни, имеется более чем достаточно.

Жизнь на Земле меняет состав атмосферы. Если бы планета была безжизненна, не выделялся бы в процессе жизнедеятельности кислород и метан. Вода, углекислый газ, метан, кислород и озон - все это примеры "биосигнатур", ключевых маркеров, свидетельствующих о наличии жизни. Обнаружение биосигнатур в атмосфере какой-либо экзопланеты могло бы дать астрономам первое серьезное основание полагать, что она обитаема.

В 2017 году NASA запустит спутник TESS. Годом позднее будет запущен космический телескоп Джеймс Уэбб. Его задачей будет заглянуть внутрь обнаруженных на экзопланетах атмосфер. Задача TESS и Джеймса Уэбба - определить, есть ли на ближайших к ним планетах жизнь или нет.

За некоторым небольшим исключением телескопы, работающие в наши дни, не могут напрямую видеть экзопланеты, поэтому астрономам приходится пользоваться другими средствами, чтобы судить об их наличии. В редких случаях отдаленная солнечная система располагается так, что ее планеты проходят между солнцем этой системы и Землей. Это и называется транзитом.

Метод транзитов может дать ученым достаточно много информации. Они не только имеют возможность определить плотность планеты, но и определяют приблизительный состав атмосферы планеты с помощью проведения спектрального анализа.

Телескоп Хаббл и другие

До сих пор ученые пользовались телескопом Хаббл. С его помощью было исследовано более 50 экзопланет. В объектив телескопа пока попали только три так называемые суперземли: GJ 1214b, HD 97658b и 55 Cancri e. Чтобы продолжать работу по изучению экзопланет, ученым нужны новые телескопы, последователи Хаббла.

Следующим таким телескопом станет Джеймс Уэбб. Эта инфракрасная обсерватория оснащена зеркалом в 2.7 раз шире, чем у Хаббла. Джеймс Уэбб сможет многое рассказать исследователям о звездах, и о том, как растут и развиваются галактики. Хотя планеты, точные копии Земли, будут этому телескопу не по зубам, у него будет много другой работы.

Пока самым главным телескопом NASA является космический телескоп Кеплер. Во время своей предварительной миссии, длившейся четыре года, он обнаружил 1039 экзопланет. Еще 4706 кандидатов ждут подтверждения своего статуса. Но большинство из того, что удалось обнаружить Кеплеру, не под силу Джеймсу Уэббу. Здесь на помощь ему придет спутник TESS.

В отличие от Кеплера, который может заглянуть на расстояние в 150 000 звезд, TESS проведет два года, наблюдая за 200 000 звезд в небе. Ученые подсчитали, что TESS предстоит обнаружить около 1 700 экзопланет. Но собрать информацию о биосигнатурах будет очень сложно. По предварительным оценкам Джеймсу Уэббу может потребоваться приблизительно 200 часов на изучение только одной суперземли, находящейся рядом со звездой класса М. И это лишь те немногие часы, когда планета будет совершать свой транзит.

Дебаты ученых по данному вопросу не прекращаются. Многие не верят в быстрый успех. В связи со всеми сложностями Джеймс Уэбб сможет "просмотреть" всего пару обитаемых суперземель. В результате астрономы потратят уйму времени, изучая одну или две системы, а это слишком неэффективно.

Метод съемки

Самый лучший способ обнаружить признаки жизни - это построить телескоп, который будет способен обнаруживать их напрямую. Прямое обнаружение предполагает фотосъемку экзопланеты. А по снимкам будет вестись поиск биосигнатур. Для данного метода не нужно особое положение планеты и светил. Он может работать с любой планетой и с любой звездой. Но чтобы поймать Землю 2.0, астрономам нужен телескоп еще большего размера.

Одна из идей, предложенных Ассоциацией университетов для астрономических исследований, подразумевает размещение в космосе гигантского зеркала. На зеркале должно быть установлено устройство, которое будет блокировать свет звезды. Это устройство - космический телескоп HD-разрешения. Чтобы иметь возможность увидеть и проанализировать свойства атмосфер нескольких десятков планет-двойников Земли, телескоп должен иметь зеркало диаметром 12 метров. Это в 25 раз больше зеркала ныне действующего телескопа Хаббл.

Одним из ключевых условий успеха всего этого предприятия является коронограф - диск, который блокирует свет, идущий от звезды, находящейся в фокусе телескопа. Минус коронографа состоит в том, что ему требуется исключительный контроль светового потока, а этого можно добиться за счет усложнения конструкции.

Другой способ обнаружения двойников Земли в космосе, который предлагает НАСА - это постройка Exo-S, космических аппаратов, имеющих форму лепестка подсолнечника. Эти аппараты будут летать на расстоянии тысяч километров от телескопа и следить за правильным положением зеркала относительно светового луча, исходящего от звезды. Пока никто еще не пытался осуществить проект такого масштаба, как этот. Каждый раз, когда астрономы захотят обратить свой взор на новую звезду, Exo-S будет корректировать положение телескопа, на что понадобится несколько дней или недель.

Сегодня эти миссии и все остальные, похожие на них проекты, существуют только на бумаге и в виде презентаций PowerPoint. Для их реализации потребуются финансы и огромные ресурсы, однако астрономы считают, что их идеи стоят всех затрат. TESS и Джеймс Уэбб смогут указать человечеству направление, в котором находятся самые ближайшие от нас обитаемые миры.
Однако задача по обнаружению жизни во Вселенной чрезвычайно сложна. "А вдруг природа будет на нашей стороне", - говорит Марк Клампин, астрофизик NASA из Центра космических полетов Годдарта в Мэриленде. "Но это не остановит людей, они будут продолжать свои попытки. И, возможно, сделают попутно много других значимых для науки открытий".

Будьте в курсе всех важных событий United Traders - подписывайтесь на наш

Основной задачей телескопа является обнаружение света первых звезд и галактик, сформированных после Большого взрыва. Именно с этой целью NASA в сотрудничестве с Европейским и Канадским космическими агентствами ведет работы по скорому запуску «Джеймса Уэбба» на орбиту.

Представляем вашему вниманию 10 интересных фактов об этом телескопе нового поколения:

1. Космический телескоп имени Джеймса Уэбба – самая большая в мире орбитальная инфракрасная обсерватория, которая должна заменить телескоп «Хаббл». Вслед за своим предшественником «Джеймс Уэбб» продолжит изучение формирования и развития галактик, звезд, планетных систем и происхождения жизни.

2. Телескоп назван в честь второго руководителя NASA Джеймса Уэбба, возглавлявшего агентство в период с 1961 по 1968 годы.

3. «Джеймс Уэбб» может похвастаться не только своими исполинскими размерами (высотой с трехэтажный дом и длиной с теннисный корт), но и своей мощностью. В NASA заявляют, что в этом компоненте он в сто раз обходит «Хаббл»!

4. Телескоп нового поколения настолько большой, что его будут вынуждены сложить как оригами, чтобы уместить в ракету, ширина которой составляет 5,4 метра. После того, как «Джеймс Уэбб» достигнет пункта назначения, его сегменты будут раскрыты один за другим.

5. «Джеймс Уэбб» будет вести наблюдения в инфракрасном диапазоне с беспрецедентной чувствительностью. Это позволит ему увидеть первые галактики, сформировавшиеся после Большого взрыва свыше 13,5 миллиардов лет назад.

6. Инфракрасные камеры телескопа настолько чувствительные, что они должны быть защищены от света Солнца, Земли и Луны.

7. «Джеймс Уэбб» будет размещен на гало-орбите в точке Лагранжа L 2 системы Солнце-Земля, где он будет работать при температурах ниже –235°C.

8. 18 гексагональных зеркал телескопа общим диаметром 6,5 метра покрыты тонким слоем золота для оптимизации их отражательной способности в инфракрасном диапазоне.

9. По плану запуск «Джеймса Уэбба» состоится в 2018 году с космодрома Куру во Французской Гвиане. Предположительно телескоп будет запущен с помощью ракеты «Ариан-5».

10. Космический телескоп имени Джеймса Уэбба – международный проект, во главе которого стоят NASA, ESA и CSA. После ввода в эксплуатацию ученые со всего мира будут иметь возможность использовать телескоп для изучения нашей Солнечной системы, планет за ее пределами, а также звезд и галактик.

Сейчас с помощью телескопа «Кеплер» мы может иметь хотя бы представление о том, что большая часть звёзд имеет планеты, которые вращаются вокруг них. Если верить подсчетам астрономов, то в принципе во Вселенной имеется около 50 секстиллионов планет, которые могут быть обитаемыми. Впереди нам предстоит сделать очень серьёзный шаг - готовится запуск телескопа, который по утверждению научного сообщества сегодня самый высокотехнологичный. Учёные заявляют, что он способен практически со стопроцентной вероятностью дать ответ на вопрос, какова численность планет, на которых присутствует жизнь на данный момент.

К сожалению, в этом году «Кеплер» сломался. Но когда он был в рабочем состоянии, можно было не только определять звезды, а также планеты, которые вокруг них вращаются, но и расстояние между звездой и планетой, размеры этих планет. Теперь планируется на его замену представить новый телескоп NASA TESS, который ожидают к 2017 году. «Кеплер» имел такие мощности, что можно было сфокусировать его взор в такую область космоса, которая насчитывает примерно 145 тысяч звёзд. У нового космического телескопа TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) мощность выше в несколько раз, что позволит исследовать пространство, которое насчитывает примерно 500 тысяч звёзд, а также 1000 находящийся вблизи красных карликов. Практически все учёные имеют уверенность в том, что данный телескоп сможет обнаружить вокруг этих пятисот тысяч звёзд тысячи планет, условия которых похожи на нашу Землю.

Конечно, проводить поиски потенциально обитаемых планет и находить их очень увлекательное и к тому полезное занятие, но даже TESS не сможет найти такую планету, на которой в действительности присутствует жизнь, для этого нужна «тяжёлая артиллерия». Нам понадобится телескоп Джеймса Вебба (JWST), который сегодня является самым сверхвысокотехнологичным, он должен прийти на замену «Хаббл», другой орбитальной лаборатории.

Телескоп (JWST) ни что иное как проект европейского, канадского и американского космических агентств, которые планируют его запуск на 2018 год. Основное зеркало телескопа является самым грандиозным, так как оно больше в пять раз, чем такое же зеркало телескопа «Хаббл». Имея в арсенале такое зеркало JWST в состоянии принимать сигналы от наиболее удаленных звезд, а также других объектов, к тому же эти сигналы могут быть существенно слабее. Так появляется возможность узнать о таких объектах, про существование которых мы пока даже не подозреваем. У JWST есть еще одно преимущество - способность работы в инфракрасном спектре («Хаббл» же работает только в оптическом диапазоне), что позволяет не беспокоиться насчёт пылевых облаков. Теперь для нового телескопа они не страшны, а значит, то, что они раньше могли скрывать, станет доступным для изучения, а это может быть очень интересным. Все мы и научное сообщество вместе взятые будем поражены детальностью и красотой изображений, которые телескоп будет доставлять нам на Землю.

Всё-таки нужно вернуться к основной теме сегодняшней беседы, а именно поиску внеземной жизни. Телескоп JWST в бортовой электронике такой спектрометр, который благодаря своей мощности может проводить анализ атмосферы самых отдалённых планет. Если не вдаваться в научные детали, можно сказать так: спектрометр обладает настолько высокой мощностью, которая позволяет телескопу определять не только каждый элемент атмосферы, но и остаточные элементы, которые могут отражать свет. К примеру, в случае обнаружения на планете концентрации кислорода и метана, которые являются признаками наличия биологической жизни, такие элементы станут абсорбировать лишь особые частоты света, при этом отражая другие. Тогда JWST сразу заметит такое отражение и на основе этих данных отражения сможет сказать, какие именно элементы присутствуют в атмосфере этой планеты.

Однако телескоп Джеймса Вебба имеет и некоторые ограничения, в основном из-за низкой силы отражаемого света от планет, ведь они находятся во многих световых годах от Земли. Поэтому JWST сможет изучать лишь планеты относительно больших размеров, которые сейчас вращаются вокруг так называемых белых и красных карликов. Хоть и есть такие ограничения, все равно данный телескоп даёт нам возможность в ближайшем будущем найти хоть какие-то признаки жизни в иных мирах.

Также имеется интересная разработка, которая финансируется аэрокосмическим агентством NASA, она, вероятно, придет в помощь JWST. Обычно звезды, вокруг которых вращаются планеты, в миллиарды раз ярче этих планет. А такой избыточный свет вполне может не только затруднить наблюдение за такими планетами, но и не дать их обнаружить. Чтобы избежать подобных ситуаций был придуман специальный проект New Worlds Mission, суть которого в том, что астрономы планируют применить для решения данного вопроса специальный купол, который будет работать по принципу зонта. Планируется расположить аппарат между телескопом и звездой, которая изучается, он должен раскрываться и блокировать весь лишний свет, источаемый звездой. У аппарата уже имеется название - Starshade, хотя он пока ещё находится в стадии прототипа. Если NASA получит финансирование к 2015 году, то планируется запуск этого аппарата в то же время когда и запуск телескопа JWST.

По большому счёту до 2020 года времени не так уж и много. Конечно, нельзя точно сказать, сколько предстоит проанализировать различных планет, а также их атмосфер телескопу JWST, но предположить можно, что эта цифра будет не в десятках, а скорее всего в миллионах планет. Зато предельно ясно то, что в случае обнаружения на отдаленных планетах метана или другого маркера наличия там жизни, наши представления о Вселенной и её жизненных формах будут полностью перевёрнуты.

Развитие астрономии не прекращается и много новых телескопов строятся по всему миру для различных целей. Краткое описание самых примечательных проектов в этом обзоре:

Поиск планет

Современные телескопы способны найти планету у другой звезды только если она очень близко к звезде или очень велика (глядя на аналог солнечной системы «Кеплер» нашел бы только Сатурн и Юпитер). Чтобы находить аналоги земли у других звезд и узнать, что с ними стало, создается новое поколение космических и наземных телескопов.

Телескоп TESS будет запущен в 2017. Его задача – искать экзопланеты при благоприятном исходе он найдет 10000 новых экзопланет в 2 раза больше чем обнаружено на сегодняшний день.
подробнее

CHEOPS

Запускаемый в 2017 космический телескоп CHEOPS будет искать экзопланеты у ближайших к солнечной системе звезд и изучать их.
подробнее

Телескоп Джеймса Вебба

Телескоп Джеймса Вебба это преемник Хаббла и будущее астрономии. Он первым сможет находить планеты размером с Землю и меньше, а также делать фотографии ещё более далеких туманностей. Постройка телескопа обошлась в $8 млрд. Он будет отправлен в космос осенью 2018 года.
подробнее

Тридцатиметровый телескоп

Тридцатиметровый телескоп мог бы быть первым из серии «экстремально больших телескопов» способных видеть значительно дальше существующих телескопов, но для жителей гавайских островов, гора, на которой его строят - священна, и они добились его отмены. Так что теперь он будет отложен и в лучшем случае построен в другом месте.
подробнее

Гигантский Магелланов телескоп

Наземный Гигантский Магелланов телескоп будет иметь разрешающую способность в 10 раз выше чем у Хаббла. Полностью функциональным он станет в 2024.
подробнее

European Extremely Large Telescope (E-ELT)

Но самый большим в мире телескопом будет European Extremely Large Telescope (E-ELT). В лучшем случае, он даже будет способен визуально наблюдать экзопланеты, так что мы сможем впервые увидеть планеты у других звезд. Начало работы также - 2024.
подробнее

Телескоп PLATO будет наследником уже Джеймса Вебба и запущен в 2020е. Основной его задачей, как и остальных будет нахождение и изучение экзопланет и он сможет определять их строение (твердые они или газовые гиганты)
подробнее

Также планируемый на 2020е телескоп Wfirst будет специализироваться на поисках далеких галактик, но также сможет находить экзопланеты и передавать изображение самых больших из них.
подробнее

STEP (Search for Terrestrial Exo-Planets)

Китайский телескоп STEP (Search for Terrestrial Exo Planets) будет способен обнаруживать похожие на землю планеты на расстоянии до 20 парсеков от солнца. Его запуск ожидается в период 2021-2024.

Планируемый на второю половину 2020х космический телескоп NASA - ATLAST будет искать в галактике биомаркеры свидетельствующие о наличии жизни (кислорода, озона, воды)
подробнее

Lockheed Martin разрабатывает новый телескоп - SPIDER. Он должен собирать свет иным способом и это позволит сделать эффективный телескоп меньшего размера, потому что, если посмотреть на предыдущие проекты, они становятся всё более гигантскими.
подробнее

А пока новые телескопы для поиска экзопланет ещё не запущены и не построены, всё что у нас есть на сегодня это 3 наблюдательных проекта. Подробнее о них в таблице поиска планет:

Таблица поиска планет

Kepler K2	В 2013 телескоп «Кеплер» - самый эффективный в поиске экзопланет телескоп вышел из строя, и многие издания написали для него что-то вроде некролога. Но после запуска миссии K2 в 2014 оказалось, что телескоп ещё вполне способен находить планеты. С апреля 2016 он начнет новые наблюдения, и исследователи рассчитывают найти от 80 до 120 новых экзопланет. 1 2
Menerva	Очень дешевый по сравнению с аналогами, телескоп Гарвардского университета - Менерва в декабре 2015 приступил к своей миссии по поиску экзопланет у красных карликов, по соседству с солнечной системой. Астрономы рассчитывают найти не менее 10-20 планет. 3 4
Pale red dot	Никак не понятно вращается вокруг звезды Альфа-центавра (ближайшего соседа солнечной системы) планета или нет. Эта загадка не отпускает астрономов и часть из них организовала проект Pale red dot для тщательного наблюдения и выяснения этого вопроса (если планета есть, то на ней все равно температура 1000 градусов). Наблюдения уже завершены, результаты в виде научной статьи будут в конце 2016го. 5 6

Планета 9

Планета 9 (или планета X) внезапно была обнаружена косвенными методами в начале 2016го. Первая новая планета солнечной системы за более чем 150 лет, но, чтобы наблюдать её в телескоп и тем самым подтвердить её существование может понадобиться до 5 лет поисков.
подробнее

Поиск звезд

В галактике млечный путь от 200 до 400 млрд. звезд и астрономы пытаются создать карту или каталог хотя бы ближайших к нам звезд.

Космический телескоп GAIA составит карту 1 млрд. ближайших к нам звезд. Публикация первого каталога запланирована на лето 2016.
подробнее

Японский проект JASMINE - это третий в истории астрометрический проект (GAIA – второй) и включает в себя запуск 3 телескопов в 2017, 2020 и после 2020 для уточнения расстояния до астрономических объектов и также нанесения расположения звезд на карту.

Наземный телескоп LSST будет использоваться для картографирования Млечного Пути и составления новейшей интерактивной карты звёздного неба. Он начнет работу примерно в 2022 году.
подробнее

На сегодняшний день у нас есть только вот такая звездная карта от Google.

Поиск пришельцев

Если внеземная цивилизация в нашей галактике изобрела радио, то мы её когда-нибудь найдем.

Extraterrastrial search

Российский миллиардер и создатель mail.ru Юрий Мильнер вложил в 2015 году $100 млн в новый проект по поиску внеземных цивилизаций. Поиск будет осуществляться на текущем оборудовании.
подробнее

Китай строит самый большой в мире радиотелескоп FAST площадью в 30 футбольных полей и даже выселил жителей этой местности, чтобы его возвести. Радиотелескопы решают научные задачи, но, наиболее интересный способ их применения, это попытки засечь радиосигналы разумной жизни. Телескоп был достроен в 2016 и первые исследования будут проведены уже в сентябре.
подробнее

Square Kilometre Array

Строящийся в Австралии, Южной Африке и Новой Зеландии радиоинтерферометр Square Kilometre Array будет в 50 раз чувствительнее любого радиотелескопа и настолько чувствителен, что сможет засечь радар аэропорта за десятки световых лет от земли. Выход на полную мощность ожидается в 2024 году. Он также сможет разрешить научную загадку о том, откуда берутся короткие радиовсплески и найдет множество новых галактик
подробнее

KIC 8462852

KIC8462852 самая загадочная звезда на сегодняшний день. Что-то огромное заслоняет её свет. Больше чем юпитер в 22 раза и это не другая звезда. Более того она показывает аномальные колебания яркости. Астрономы очень сильно заинтригованы. (1)
подробнее

Не прекращаются споры о том стоит ли отправлять сообщения к звездам или только слушать. С одной стороны, никто нас не найдет если только слушать, с другой получатели сообщений могут быть враждебны. Несколько сообщений уже было отправлено в 20 веке, но сейчас их отправлять перестали.

Поиск астероидов

Никто всерьёз не занимался защитой планеты от астероидов до недавнего времени

NEO detection

С нарастанием беспокойства по поводу астероидов после челябинского метеорита, бюджет НАСА на обнаружение астероидов вырос в 10 раз до $50 млн. в 2016 году.
подробнее

LSST (again)

LSST будет не только составлять карту звездного неба, но и искать «малые объекты солнечной системы». Его возможности по нахождению астероидов, должны будут быть в разы выше чем у современных наземных и космических телескопов.
подробнее

Космический инфракрасный телескоп Neocam – один из 5 претендентов на новую миссию программы Discovery от NASA. Если именно эта миссия будет отобрана для реализации в сентябре 2016 (а она имеет наибольшую поддержку) телескоп будет запущен в 2021 году. Вместе с LSST он позволит Наса осуществить поставленную задачу по нахождению 90% астероидов больше 140 м.
подробнее

АЗТ-33 ВМ

Первый в России телескоп для обнаружения опасных астероидов - АЗТ-33 ВМ был достроен в 2016. Для него ещё нужно закупить оборудование за 500 млн. рублей, и тогда он будет способен обнаружить астероид размером с тунгусский метеорит за месяц до столкновения с землей.
подробнее

Бесполезно наблюдать за опасными астероидами если не удастся изменить их курс. Поэтому NASA и ESA собираются запустить миссию AIDA по столкновению специального зонда и астероида «65803 Didymos» и тестированию таким образом возможности изменения курса астероида. Запуск ожидается в 2020, а столкновение в 2022.
подробнее

Astronomy dream projects

Астрономы очень хотели бы осуществить эти проекты, но пока не могут из-за недостатка финансирования, технологий или внутреннего единства

Overwhelmingly large telescope

Из-за разногласий между астрономами строиться 3 больших телескопа вместо одного гигантского 100 метрового телескопа. Тем не менее астрономы сходятся в мнении что в ближайшие 30 лет стометровый телескоп нужно будет построить.
подробнее

New Worlds

Миссия New Worlds заключается в том, чтобы заслонить свет звезды чтобы увидеть экзопланеты рядом с ней. Для этого придется запустить в космос коронограф в сочетании с телескопом. Детали миссии всё ещё обсуждаются, но она обойдется не менее чем в $1 млрд.
подробнее

Moon observatory

Космические телескопы недостаточно большие, а наземным обсерваториям мешает атмосфера. Поэтому астрономы очень хотели бы построить обсерваторию на луне где нет атмосферы и шума (искажений из-за земных источников). Это было бы идеальное место для наблюдений, но на осуществление такого проекта уйдут десятилетия. Тем не менее небольшие телескопы уже отправляются на луну вместе с луноходами.
подробнее

Итог:

Для такой далекой от практических результатов науки как астрономия, количество вложений и число осуществляемых проектов очень велико. Большинство проектов существует лишь для удовлетворения нашего любопытства. Вероятнее всего мы не найдем инопланетную цивилизацию, внеземную жизнь или реально угрожающий земле астероид. Но мы пытаемся и следить за этим довольно интересно.

С каждым дополнительным сантиметром апертуры, каждой дополнительной секундой времени наблюдения и каждым дополнительным атомом атмосферных помех, удаленным из поля обзора телескопа, лучше, глубже и понятнее можно будет увидеть Вселенную.

25 лет «Хабблу»

Когда телескоп «Хаббл» начал функционировать в 1990 году, он открыл новую эру в астрономии - космическую. Не нужно было больше бороться с атмосферой, беспокоиться об облаках или электромагнитных мерцаниях. Все, что требовалось, - это развернуть спутник на цель, стабилизировать его и собирать фотоны. За 25 лет космические телескопы начали охватывать весь электромагнитный спектр, что позволило впервые рассмотреть Вселенную на каждой длине волны света.

Но поскольку наше знание увеличилось, выросло и наше понимание неизвестного. Чем дальше мы заглядываем во Вселенную, тем более глубокое прошлое мы видим: конечное количество времени с момента Большого взрыва в сочетании с конечной скоростью света обеспечивает предел того, что мы можем наблюдать. Более того, расширение самого пространства работает против нас, растягивая звезд, пока он путешествует по Вселенной к нашим глазам. Даже космический телескоп «Хаббл», дающий нам самое глубокое, самое захватывающее изображение Вселенной, которое мы когда-либо открывали, в этом отношении ограничен.

Недостатки «Хаббла»

«Хаббл» - удивительный телескоп, но он имеет ряд принципиальных ограничений:

• Всего 2,4 м в диаметре, что ограничивает его
• Несмотря на покрытие светоотражающими материалами, он постоянно находится под прямыми солнечными лучами, которые его нагревают. Это значит, что из-за тепловых эффектов он не может наблюдать длину волны света более 1,6 мкм.
• Сочетание ограниченной светосилы и длин волн, к которым он чувствителен, означает, что телескоп может видеть галактики возрастом не старше 500 млн лет.

Эти галактики прекрасны, далеки и существовали тогда, когда Вселенной было всего около 4% от ее нынешнего возраста. Но известно, что звезды и галактики существовали еще раньше.

Чтобы увидеть должен обладать более высокой чувствительностью. Это означает переход на более длинные волны и более низкие температуры, чем у «Хаббла». Именно поэтому и создается космический телескоп Джеймса Вебба.

Перспективы для науки

James Webb Space Telescope (JWST) предназначен для преодоления именно этих ограничений: с диаметром 6,5 м телескоп позволяет собирать в 7 раз больше света, чем "Хаббл". Он открывает возможность ультра-спектроскопии высокого разрешения от 600 нм до 6 мкм (в 4 раза больше длины волны, которую способен увидеть "Хаббл"), проводить наблюдения в средней инфракрасной области спектра с более высокой чувствительностью, чем когда-либо прежде. JWST использует пассивное охлаждение до температуры поверхности Плутона и способен активно охлаждать приборы средней инфракрасной области вплоть до 7 K. Телескоп Джеймса Вебба даст возможность заниматься наукой так, как никто раньше этого не делал.

Он позволит:

• наблюдать самые ранние галактики, когда-либо сформировавшиеся;
• видеть сквозь нейтральный газ и зондировать первые звезды и реионизацию Вселенной;
• проводить спектроскопический анализ самых первых звезд (населения III), образовавшихся после Большого взрыва;
• получить удивительные сюрпризы, подобные открытию самых ранних и квазаров во Вселенной.

Уровень научных исследований JWST не похож ни на что в прошлом, и поэтому телескоп был избран в качестве флагманской миссии НАСА 2010-х годов.

Научный шедевр

С технической точки зрения, новый телескоп Джеймса Вебба представляет собой настоящее произведение искусства. Проект прошел долгий путь: были перерасходы бюджета, отставания от графика и опасность отмены проекта. После вмешательства нового руководства все изменилось. Проект вдруг заработал как часы, были выделены средства, учтены ошибки, неудачи и проблемы, и команда JWST стала укладываться во все сроки, графики и бюджетные рамки. Запуск аппарата запланирован на октябрь 2018 года на ракете «Ариан-5». Команда не только следует расписанию, у нее есть девять месяцев в запасе, чтобы учесть все непредвиденные ситуации, чтобы все было собрано и готово к этой дате.

Телескоп Джеймса Вебба состоит из 4 основных частей.

Оптический блок

Включает все зеркала, из которых наиболее эффективны восемнадцать первичных сегментированных позолоченных зеркала. Они будут использоваться для сбора далекого звездного света и фокусирования его на инструментах для анализа. Все эти зеркала в настоящее время готовы и безупречны, сделаны точно по расписанию. По окончании сборки они будут сложены в компактную конструкцию, чтобы быть запущенными на расстояние более 1 млн км от Земли до точки Лагранжа L2, а затем автоматически развернуться с образованием сотовой структуры, которая долгие годы будет собирать сверхдальний свет. Это действительно красивая вещь и успешный результат титанических усилий многих специалистов.

Камера ближнего инфракрасного диапазона

«Вебб» оборудован четырьмя научными инструментами, которые уже готовы на 100%. Основной камерой телескопа является камера ближнего ИК-диапазона: от видимого оранжевого света до глубокой инфракрасной области. Она позволит получить беспрецедентные изображения самых ранних звезд, самых молодых галактик, находящихся еще в процессе формирования, молодых звезд Млечного Пути и близлежащих галактик, сотен новых объектов в поясе Койпера. Она оптимизирована для непосредственного получения изображений планет вокруг других звезд. Это будет основная камера, используемая большинством наблюдателей.

Ближний инфракрасный спектрограф

Данный инструмент не только разделяет свет на отдельные длины волн, но способен это делать для более 100 отдельных объектов одновременно! Этот прибор будет универсальным спектрографом «Вебба», который способен работать в 3-х различных режимах спектроскопии. Он был построен но многие компоненты, включая детекторы и батарея мульти-затвора, предоставлены Центром космических полетов им. Годдарда (НАСА). Этот прибор был протестирован и готов к установке.

Средне-инфракрасный инструмент

Прибор будет использоваться для широкополосной визуализации, то есть с его помощью будут получены наиболее впечатляющие изображения со всех инструментов «Вебба». С научной точки зрения, он будет наиболее полезным при измерении протопланетных дисков вокруг молодых звезд, измерении и визуализации с беспрецедентной точностью объектов пояса Койпера и пыли, разогретой светом звезд. Он будет единственным инструментом с криогенным охлаждением до 7 К. По сравнению с космическим телескопом Spitzer, это позволит улучшить результаты в 100 раз.

Бесщелевой спектрограф ближнего ИК-диапазона (NIRISS)

Прибор позволит производить:

• широкоугольную спектроскопию в ближней инфракрасной области длин волн (1,0 - 2,5 мкм);
• гризм-спектроскопию одного объекта в видимом и инфракрасном диапазоне (0,6 - 3,0 мкм);
• апертурно-маскирующую интерферометрию на длинах волн 3,8 - 4,8 мкм (где ожидаются первые звезды и галактики);
• широкодиапазонную съемку всего поля зрения.

Этот инструмент создан Канадским космическим агентством. После прохождения криогенного тестирования он также будет готов к интеграции в приборный отсек телескопа.

Солнцезащитное устройство

Космические телескопы ими еще не оборудовались. Одной из самых пугающих сторон каждого запуска является применение совершенно нового материала. Вместо того, чтобы охлаждать весь космический аппарат активно с помощью одноразового расходуемого хладагента, телескоп Джеймса Вебба использует совершенно новую технологию - 5-слойный солнцезащитный экран, который будет развернут для отражения солнечного излучения от телескопа. Пять 25-метровых листов будут соединены титановыми стержнями и установлены после развертывания телескопа. Защита тестировалась в 2008 и 2009 годах. Полномасштабные модели, участвовавшие в лабораторных испытаниях, выполнили все, что они должны были сделать, здесь на Земле. Это красивая инновация.

К тому же это еще и невероятная концепция: не просто блокировать свет от Солнца и поместить телескоп в тени, а сделать это таким образом, чтобы все тепло излучалось в направлении, противоположном ориентации телескопа. Каждый из пяти слоев в вакууме космоса будет становится холодным по мере удаления от наружного, который будет немного теплее, чем температура поверхности Земли - около 350-360 K. Температура последнего слоя должна опуститься до 37-40 К, что холоднее, чем ночью на поверхности Плутона.

Кроме того, предприняты значительные меры предосторожности для защиты от неблагоприятной среды глубокого космоса. Одной из вещей, о которых здесь следует беспокоиться, являются крошечные камешки, размером с гальку, песчинки, пылинки и еще меньше, пролетающие через межпланетное пространство со скоростью десятков или даже сотен тысяч км/ч. Эти микрометеориты способны проделывать крошечные, микроскопические отверстия во всем, с чем они сталкиваются: космических аппаратах, костюмах космонавтов, зеркалах телескопов и многом другом. Если зеркала получат только вмятины или отверстия, что слегка уменьшит количество доступного «хорошего света», то солнечный щит может порваться от края до края, что сделает весь слой бесполезным. Для борьбы с этим явлением была использована блестящая идея.

Весь солнечный щит был разделен на участки таким образом, что, если возникнет небольшой разрыв в одном, двух или даже трех из них, слой не порвется дальше, как трещина в лобовом стекле автомобиля. Секционирование сохранит всю структуру целой, что важно для предотвращения деградации.

Космический аппарат: системы сборки и управления

Это самый обычный компонент, так как есть у всех космических телескопов и научных миссий. У JWST он уникален, но также полностью готов. Все, что осталось сделать генеральному подрядчику проекта компании Northrop Grumman, - закончить щит, собрать телескоп и проверить его. Аппарат будет готов к запуску через 2 года.

10 лет открытий

Если все пойдет правильно, человечество окажется на пороге больших научных открытий. Завеса нейтрального газа, которая до сих пор заслоняла обзор самых ранних звезд и галактик, будет устранена инфракрасными возможностями «Вебба» и его огромной светосилой. Это будет самый большой, самый чувствительный телескоп с огромным диапазоном длин волн от 0,6 до 28 микрон (человеческий глаз видит от 0,4 до 0,7 мкм) из когда-либо построенных. Ожидается, что он обеспечит десятилетие наблюдений.

Согласно НАСА, срок миссии «Вебба» составит от 5,5 до 10 лет. Он ограничен количеством топлива, которое необходимо для поддержания орбиты, и сроком службы электроники и оборудования в суровых условиях космоса. Орбитальный телескоп Джеймса Вебба будет нести запас топлива на весь 10-летний срок, а через 6 месяцев после запуска будет произведено тестирование обеспечения полета, которое гарантирует 5 лет научных работ.

Что может пойти не так?

Основным ограничивающим фактором является количество топлива на борту. Когда оно закончится, спутник будет дрейфовать в сторону от L2, выйдя на хаотическую орбиту в непосредственной близости от Земли.

Коме этого, могут произойти и другие неприятности:

• деградация зеркал, которая повлияет на количество собираемого света и создаст артефакты изображения, но не повредит дальнейшей эксплуатации телескопа;
• выход из строя части или всего солнечного экрана, что приведет к повышению температуры космического аппарата и сузит используемый диапазон длин волн до очень близкой инфракрасной области (2-3 мкм);
• поломка системы охлаждения инструмента среднего ИК-диапазона, что сделает его непригодным для использования, но не повлияет на другие инструменты (от 0,6 до 6 мкм).

Наиболее тяжелое испытание, которое ожидает телескоп Джеймса Вебба, - запуск и выведение на заданную орбиту. Именно эти ситуации тестировались и были успешно пройдены.

Революция в науке

Если телескоп Вебба заработает в штатном режиме, топлива хватит, чтобы обеспечить его работу с 2018 по 2028 год. Кроме того, существует потенциальная возможность дозаправки, которая могла бы увеличить срок службы телескопа еще на одно десятилетие. Подобно тому, как «Хаббл» эксплуатировался в течение 25 лет, JWST мог бы обеспечить поколение революционной науки. В октябре 2018 года ракета-носитель «Ариан-5» выведет на орбиту будущее астрономии, которое после более 10 лет напряженной работы уже готово начать приносить плоды. Будущее космических телескопов почти наступило.